GB T 23511-2009 石油天然气工业.海洋结构的一般要求.pdf
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1、ICS 7518010E 94 a雷中华人民共和国国家标准GBT 235 1 1-2009IS0 1 9900:20022009-04-08发布石油天然气工业海洋结构的一般要求Petroleum and natural gas industries-General requirements for offshore structures(IS0 19900:2002,IDT)2009-1 I-01实施宰瞀髁鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19前言”引言-1范围2术语和定义3符号和缩略语-4一般要求和条件5极限状态设计原则6基本参数7分析、计算和试验8分项系数设计形式9质量控制lo已建
2、结构评估参考文献目 次GBT 23511-2009ISO 19900:200240加unM”璩刖 罱GBT 23511-2009IS0 19900:2002本标准等同采用国际标准化组织ISO 19900:2002石油天然气工业 海洋结构的一般要求(Petroleum and natural gas industries-General requirements for offshore structures)第一版。本标准等同翻译Is0 19900:2002。为便于使用,本标准做了下列编辑性修改:a) “本国际标准”一词改为“本标准”;b)删除国际标准的前言。本标准由中国石油天然气集团公司提出
3、。本标准由全国石油天然气标准化技术委员会归口。本标准起草单位:中海石油研究中心开发设计部。本标准起草人:崔玉军、侯静、刘海山、陆华刚。GBIT 2351 1-2009IS0 19900:2002引 言海洋结构国际标准Is0 19900IS0 19906涵盖了全球石油天然气工业的所有结构的设计准则和评估方法的一般要求。它的应用是为了使有人和无人海上结构达到可靠的水平,不论该结构是使用天然材料还是合成材料。结构完整性是个全面概念,认识到这一点非常重要。它包括描述作用的模型、结构分析、设计准则、安全因素、加工技巧、质量控制程序和国家的法规条列等,所有这些是彼此相关的。在整体概念或结构系统中,单独改变
4、设计中的一个条件将影响原有的可靠度平衡。因此,任何修改应考虑对所有海上结构系统整体可靠性的影响。海洋结构国际标准是为了在不妨碍创新的前提下,为选择结构型式、材料和技术提供一个广阔的空间。因此在使用这些国际标准时,必须与可靠的工程判断相结合。IS019900用于海上结构且与ISO 2394的原则一致(见参考文献1)。在适宜的情况下,包括针对特定的海上结构的补充条款。在使用中涉及原标准的所在国政府或其他当局的法令、法规和规定时,一律按中华人民共和国政府或政府主管部门颁布的相应法令、法规和规定执行。原标准中的数据或定量计算方法,凡切合我国实际的均可使用;否则应根据我国的具体情况,使用我国的数据和定量
5、计算方法。计量单位以我国法定计量单位为主,即我国法定计量单位值在前,英制单位的相应值标在其后的括号内。为不改变原标准公式、曲线的形状特征、常数和系数,原使用英制单位的,仍沿用英制单位。1范围GBT 2351 1-2009150 19900:2002石油天然气工业海洋结构的一般要求本标准为承受确定的或可预测作用影响的结构设计和评估制定了基本原则。这些基本原则适用于所有类型的海洋结构,包括基础支撑结构和浮式结构,以及所有类型的材料包括钢材、混凝土和铝材。本标准制定了结构预期设计寿命期内的使用和退役等设计原则,它适用于结构建造各阶段(如制造、运输和安装)。本原则不仅适用于评估和改造已有结构,还适用于
6、质量控制等方面的活动。本标准适用于整体结构设计,包括下部结构、上部结构、船体、基础和系泊系统。2术语和定义下列术语和定义适用于本标准。21作用 action作用于结构的外部荷载(直接作用)、强迫变形或加速度(间接作用)。例如:由于制造误差、沉降、温度变化或湿度变化引起强迫变形。注:地震一般产生强迫加速度。22作用效应action effect结构构件上的作用效应。例如:内力、弯矩、应力或应变。23气隙air gap极端环境条件下最高水位表面与设计为不承受波浪作用的暴露部分最低处之间的间隙。24附属结构appurtenance用于辅助安装、提供通道、防护或用于输送流体的结构。25基本变量basi
7、c variable代表物理量的一组规定变量之一,表示各种作用、环境影响、几何量或材料特性(包括土壤特性)的特征。26悬链式系泊catenary mooring由系泊缆分布重量提供恢复力的系泊系统。27特征值characteristic value在一定基准期内具有指定概率、不受非预期值影响的基本变量赋值。注:特征值是主代表数值,在某些设计条件下一个变量会有两个特征值,上限值和下限值。1GBT 2351 1-2009IS0 19900:200228顺应式结构compliant structure具有充分柔度的结构,其横向动力作用主要由惯性反力平衡。29隔水套管conductor从海床或海床以下
8、向上延伸,含有延伸至油藏储层的内管的圆管。210退役decommissioning在平台生产结束后,停止生产并将具有危害性材料移走的过程。211设计标准design criteria描述实现各极限状态条件的定量方程。212设计寿命design service life在预计的维护条件下,按其预期目的使用的结构设定周期,在该期间不需要重大的维修。213设计条件design situation在一定的时间间隔内,一组代表实际状态的物理条件。设计应保证极限状态不被超越。214设计值design value用于设计验证过程的代表值。215暴露等级exposure level根据结构失效后的人命安全、环
9、境影响和经济损失后果,定义结构要求的分级系统。注:IS01990203中描述了确定暴露等级的方法。暴露等级为1级的平台最重要,暴露等级为3级的平台次要。常规的有人居住平台且在设计条件出现前不能可靠地撤离的平台为1级平台。216适度性fit-for-purpose总体上满足某一国际标准的要求,但在局部范围不满足该标准的特殊条款,而该范围发生的失效不会引起不可接受的人命安全或环境风险。217固定结构fixed structure底部作为基础并通过它将所有的作用传递到海床的结构。218浮式结构floating structure所有重量由浮力支撑的结构。219自升式jackup可移位且在操作状态下基
10、础支撑的海上移动装置。注:自升式装置是通过将桩腿降落到海床,然后将船体提升到指定高程而形成操作状态。220海上移动装置 mobile offshore anit-MOU需要经常移位来完成特定功能的结构。2221222223224225226227228229230231232233极限状态limit state超出该状态后,结构不能满足相关设计标准。GBT 2351 1-2009IS0 19900:2002名义值nominal value通过非统计的方法确定的基本变量的给定值,一般通过经验或物理条件确定。平台platform结构、上部组块和基础(需要的话)的组合。基准期reference pe
11、riod作为确定基本变量值所依据的时间段。可靠性reliability结构或结构构件满足指定要求的能力。代表值representative value用于验证极限状态的指定基本变量值。抗力resistance构件或构件截面承受作用效果而不失效的能力。重现期 return period在特定的时间段内,超过某一事件的概率的倒数。注:重现期是指一个事件发生超出指定量值的平均时间(通常为年)立管riser在海底与平台终端点之间,用于输送流体的圆管。注:对于固定平台,终端点一般指上部组块。对于浮式结构,立管有可能终止在平台的其他部位。冲刷scour流或波浪引起的海床土壤的迁移。注:这种侵蚀可能由于自然
12、过程形成,或由于结构单元靠近海床干扰了自然流动引起的。飞溅区splash zone波浪和潮汐变化引起经常潮湿的结构区域。结构系统structural system结构的承载构件及其传力路径。结构构件structural component可自然识别的结构的一部分。例如:柱、梁、加强板、管节点或桩基。GBT 23511-2009IS0 19900:2002234结构模型structural module用于设计或评估的理想化的结构系统。235结构structure各相连构件为抵抗作用并提供充分刚度的有机组合。236结构方位structure orientation平面内相对于某固定方向(如真北)
13、的结构定位。237张力缆系泊taut-line mooring由系泊缆的弹性变形提供恢复力的系泊系统。238上部组块topsides放置于支撑结构(固定的或浮式的)上的用来提供部分或所有平台功能的结构和设备。注l:对于船型的浮式结构,甲板不属于上部组块。注2:对于自升式平台,船体不属于上部组块。注3:分开制造的甲板或模块的支撑框架是上部组块的组成部分。3符号和缩略语31符号A 偶然作用na 几何参数设计值nx 几何参数特征值c 约束(见514和81)E 环境作用Fd 作用设计值F, 作用代表值,d 材料特性设计值,如强度 材料特性特征值,如强度G 永久作用Gk 永久作用特征值Q 可变作用Qt
14、可变作用特征值Rd 抗力构件设计值Rt 抗力构件特征值,它基于材料性能特征值 模型的不确定性系数或没有在其他y值中考虑的因素n 反映作用的不确定性或随机性的作用分项系数(见822) 反映材料特性的不确定性或可变性的材料分项系数(见832)托 结构重要性和失效后果的系数,包括失效类型的重要性。L值可能还要取决于需要考虑的设计条件。靠 反映抗力构件不确定性和可变性(包括材料特性)的分项抗力系数(见85)。 反映几何参数不确定性的附加分项几何量值(见842)4虢 考虑降低同时单独作用概率的折减系数(见823)吼,吼 可变作用的特征值与代表值相关系数(见821)32缩略语ALS偶然极限状态FLS疲劳极
15、限状态SLS在位极限状态ULS临界极限状态GBT 2351 1-2009ISO 19900:20024一般要求和条件41基本要求结构及其构件应根据其预期的用途来设计、建造和维护。特别是它应具有合适的可靠度,并满足下列性能要求:a)能抵抗在建造和预期使用中可能出现的作用(ULS要求);b) 在所有预期的作用下能正常发挥功能(SLS要求);c)在重复作用下不会失效(FLS);d) 在灾害发生时(偶然或非正常事件),不会发生与原灾害不相称的次生破坏(ALS);e)合理的可靠度取决于:失效的原因和模式;对人命、环境和财产等风险方面可能的失效后果;需要降低失效风险的投资和措施;国家、地区或当地标准的不同
16、要求。本标准为在结构预期的寿命期内满足上述要求提供标准。按照本标准设计和建造的结构可认为满足上述要求。42耐久性、维护和检测在环境条件下,结构的耐久性应保证在使用期内它的基本状态保持在一个可接受的水平。维护应包括定期检测、特殊状态(如:地震或其他严重的环境条件发生后)检测、保护系统升级及结构构件的修复。可通过下列方法实现结构的耐久性:a)维护程序,或;b)在结构寿命期内,对于不可能或不需要维护的部位,其设计应允许该部分结构性能退化。对于情况a),应通过设计和建造使结构在两次检测期间不会出现明显的退化。设计中应考虑结构相关部位监测的可实施性,而不需要采取不合理的复杂拆卸。应通过适当的保护系统来降
17、低或防止退化。可通过计算、试验研究、其他结构的经验或上述方法的组合来评估退化速率。注:并不是仅仅通过简单的设计计算就能实现结构的完整性、预期寿命内的可使用性和耐久性,还取决于建造阶段的质量控制、现场监督和结构使用及维护的方式等。43灾害431概述应考虑可能引起超越SLS或ULS的单一的或与正常条件组合的灾害条件。结构或构件的可能灾害包括:a)资料不充分、遗漏和误解等引起的错误;b)非正常作用的影响;c) 可导致火灾、爆炸或倾覆等的操作失误。5GBT 2351 1-2009IS0 19900:2002消除这些灾害的方法一般包括:对开发和作业各阶段的周密计划;对危险源采取消除、规避并采取应对措施等
18、,避免灾害对结构的影响;将灾害后果降低到最小;将设计中应考虑灾害因素。在考虑特定的灾害时,应定义设计状态(见522)。这种设计状态一般由与预期的正常操作条件下发生的一种灾害控制。432偶然事件应考虑偶然事件的可能性,并在适当的时候建立合理的准则。可能的偶然事件包括:船舶撞击、落物、爆炸、火灾和意外充水。结构设计要求的制定,应考虑作业条件、结构类型、功能及位置。44设计基础结构预期使用和环境条件的影响应作为结构正常使用的设计条件。由结构制造及相应的环境条件产生的影响,也应包括在相应的设计条件中(见522)。为确立结构设计基础,应考虑所有相关的影响和条件。制定海洋结构设计基础时需要考虑的主要影响和
19、条件见45412。45使用要求应确定结构的使用要求和预期的使用寿命。结构可能用于钻井、生产、储存、人员居住或其他功能,或是上述功能的组合。46操作要求461人员配置应确定结构寿命期各阶段的人员配置水平。462隔水套管和立管在结构设计中,应确定并考虑所有隔水套管和立管的数量、位置、尺寸、间距和操作条件等。在设计和布置中,应对隔水套管和立管提供保护以避免意外损坏。设计中应采取措施缓解因意外事故对陌水套管和立管产生的影响。463设备和材料布置应确定设备、材料布置和相应的重量、重心以及环境条件下的作用,并考虑对将来操作的影响。464人员和材料运输应确定人员和材料的运输计划,如:a)直升机的类型、尺寸和
20、重量;b) 供应船和其他服务船的类型、尺寸和排水量;c) 甲板吊机和其他材料搬运系统的数量、类型、尺寸和位置;d)人员的紧急逃生计划。465运动和振动结构和结构部件的设计应保证加速度、速度和位移在限定的范围内不会削弱结构安全性和使用性。47特殊要求应确定未包括在461至465中的所有影响结构安全的特殊操作、建造和维护要求,以及预期的同时发生的环境条件。应确定针对某些特定作业的极限环境条件。注:该要求通常适用于浮式装置(如:给定吃水时的极限环境条件)或海上移动装置(MOUs)(如:处于最大悬臂位置的自升式装置的极限环境条件)。49位置和方位应确定场址位置和结构方位。对于设计成可重新就位的结构,应
21、提供极限环境条件、水深和土壤条6GBT 23511-2009ISO 19900:2002件的限制范围。为确定合理的环境条件和土壤条件,应尽早确定结构所处的经纬度。49结构型式491概述结构系统的选择应确保在特定条件下,主结构在正常使用期间能保持充分的结构完整性。材料、细部构造、质量控制和建造方法的选择均会影响结构的完整性。492甲板高程上部结构一般应在设计波峰以上有足够的间隙。任何没有足够间隙(气隙)的上都结构或管道系统,在设计中应考虑波、流的作用。次要结构或部件可不考虑该要求。在可能的情况下,甲板高程和气隙的确定应考虑下列参数值和不确定性;a)水深;b)潮汐和增水;c)极端波浪的波峰高程;d
22、) 波浪和结构的相互作用;e)结构的运动和吃水;f) 初始和长期的沉降和倾斜;g)沉陷。493飞溅区飞溅区范围的确定应考虑平台的高程、浮式船舶的运动、潮汐变化、波峰和波谷等因素。对于可调节吃水的浮式结构,应确定飞溅区与极端吃水的相对关系。注:飞溅区是指间或暴露于空气中和浸没于海水中的结构部分,飞溅区对检测和维护的考虑非常重要,对防腐和疲劳设计也有影响。494系留系统浮式结构应配备系留系统,系留系统可以是被动的,也可以是主动的,或是两者的结合。系留系统的设计应确保维持适当的相对位置,且当方位对于安全性和操作非常重要时,应可控制方向。被动系留系统包括悬链式系泊、张力缆系?自、弹性浮筒、铰接腿、张力
23、腿系统等。主动系留系统包括依靠推进器的动力定位或依靠系泊缆张力变化的悬链线系统。如果可解脱方式为可控的且不会产生如下后果,浮式结构的系泊系统应设计为可解脱式,以减缓恶劣风暴的影响:a) 削弱浮式装置甲板上的人员或邻近下部结构的安全性,或b)对环境产生不利风险。495结构分舱浮式结构或对于浮力非常重要的结构一般应分舱以限制意外充水产生的后果(见516)。确定舱室的数量应考虑用于防止充水的特殊条件和保护措施。如果只是在临时阶段需要浮力,或充水对于完整可靠性影响很小,可考虑减少舱室。410环境条件4101气象和海洋资料41011概述适宜时,设计中应考虑41012至41019所列的现象。这些现象应以物
24、理特征描述,尽可能采用统计值。如果可以获得需要的数据,应确定不同参数的联合概率值。通过这些资料,可确定与下列因素相关的环境设计条件:a)所设计的结构类型;7GBT 23511-2009ISO 19900:2002b)各开发阶段(如:建造、运输、安装、钻井、生产等);c)极限状态。通常,应建立如下两组条件:结构寿命期内预计会经常出现的一般气象和海洋条件。这些条件用于规划现场作业(如安装)并确立与特定作业或适用性检验相关的环境引起的作用。在给定重现期或出现概率下极端气象和海洋条件的重现。应通过现场实测或合理的数模(如后预测模型)确定极端、一般及其他水文气象参数。注1:环境作用一般由设计环境条件引起
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